Lab_lab # 4. Изправител

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА No4

Изследване на мостови изправители с половин и пълна вълна

Обективен:Определете коефициентите на пулсации на напрежението в изправители с половин вълна и с пълна вълна без капацитивен филтър и с капацитивен филтър. Изследвайте зависимостта на изходните напрежения от токове в токоизправителните товари.

Лачин В.И., Савелов Н.С. Електроника: учебник. надбавка. - издателство Феникс, 2000. - 448 с.

Кратко ръководство за подготовка на лабораторията

Устройство, което преобразува променлив ток в постоянен ток, се нарича токоизправител. Изправителят се състои от три основни функционални елемента: трансформатор, клапанна система и изглаждащ филтър. Трансформаторът е проектиран да преобразува стойността на стандартното напрежение U1 = 220V в напрежението U2, което е необходимо за получаване на постоянно изправено напрежение U0.

Електрическата клапанна система е проектирана да преобразува променлив ток в пулсиращ. Електрическият клапан е устройство, което провежда ток в една посока. Като клапани се използват полупроводникови диоди.

Филтърът против изглаждане е проектиран да намалява (гладко)

пулсации на изправеното напрежение до стойността, необходима за нормалната работа на потребителя. тези. за преобразуване на пулсационното напрежение в постоянен ток.

НаФигура 4.1.показва диаграма на еднофазен полувълнов токоизправител. Състои се от двублоков трансформатор, полупроводников диод, устойчивост на натоварване.

Фиг. 4.1.Еднофазна полувълнова токоизправителна верига

В тази верига диодът пропуска ток само в една посока в положителните полупериоди на променливото напрежение U2, на товарното съпротивление Rн се появява пулсиращо напрежение Uout, което е близко по стойност и форма до положителните полусинусоиди на напрежението U2 (различно в загубата на напрежение в диода).

На Фигура 4.2 показва формата на вълната на напрежението в съпротивлението на товара.

Фигура: 4.2. Форма на вълната на напрежение в съпротивление на натоварване

Пулсационното напрежение в съпротивлението на товара е равно на сумата от постоянния компонент на редица хармонични компоненти, т.е. поредица от синусоидални компоненти с нарастваща честота и намаляваща амплитуда.

(4.1)

където Umout е амплитудата на напрежението в товара,

- ъглова честота,

- честота на мрежовото напрежение.

Първият член във формула (4.1) се нарича постоянен компонент

Вторият член се нарича първи или основен хармоник, останалите членове се наричат висши хармоници.

Степента на пулсации на изправеното напрежение може да се характеризира с коефициента на пулсации

, (4.2)

където Um1 е амплитудата на основното, най-изразено хармонично изходно напрежение.

Еднофазната полу-вълнова токоизправителна схема дава много висок коефициент на пулсации

Еднофазната верижна изправителна верига на пълна вълна осигурява по-малко пулсации. Тази диаграма е изобразена в фиг. 4.3. Схемата се състои от два полувълнови токоизправители, свързани паралелно. Разглежданата верига може да се използва само с трансформатор, отворен от средната точка на вторичната намотка.

Фигура: 4.3. Еднофазна изправителна верига с пълна вълна

Диодите VD1 и VD2 работят редуващи се, преминавайки ток в различни половини на периода. Посоката на тока през съпротивлението, както през първата, така и през втората половина на периода, е еднаква. Върху товара се образуват полувълни на напрежение от същия знак. Формата на вълната на напрежението върху съпротивлението на товара е показана вФигура 4.4.

Фигура: 4.4. Форма на вълната на напрежение в съпротивлението на натоварване.

Изходното напрежение с пълновълнова ректификация може да бъде представено като сбор от константните и синусоидалните компоненти.

Честотата на основната, най-изразена хармоника е 100Hz.

Пулсационен фактор в изправителна верига с пълна вълна

. (4.3.)

Стойността на коефициента на пулсации във веригата

Същият ефект на пълновълновото коригиране може да се получи без използване на трансформатор, използвайки така наречената еднофазна мостова токоизправителна верига (фиг. 4.5). В тази верига към единия диагонал на моста, образуван от четири диода, е свързан товар, а към другия диагонал е свързан променлив източник на напрежение. В положителния полупериод на променливото напрежение U2 диодите VD1 и VD2 са отворени и преминават ток. Диодите VD3 и VD4 са затворени. При отрицателен полупериод на променливото напрежение диодите VD3 и VD4 са отворени, а диодите VD1 и VD2 са затворени. На товара, както в предишния случай, се образува полусинусово напрежение.

Фигура: 4.5. Еднофазна мостова токоизправителна верига.

Поради спада на напрежението на токоизправителните елементи от потока на токовете, изходното напрежение намалява с увеличаване на тока на товара. Следователно характеристиката на натоварване на токоизправителя има падащ характер.

Изглаждащите филтри намаляват пулсациите на изправеното напрежение. Най-простият филтър е кондензатор успоредно с товара. Капацитетът на кондензатора при честотата на първата хармоника на пулсацията трябва да бъде много по-малък от съпротивлението на натоварването. Кондензаторът се зарежда, съхранява енергия в моментите от времето, когато напрежението и токът в товара се увеличават и дава запазената енергия на товара, когато напрежението и токът в товара намаляват. Спадът на напрежението се забавя. Използването на капацитивен филтър води до намаляване на коефициента на пулсации и увеличаване на DC компонента на изправеното напрежение.

Фигура 6 показва формата на напрежението върху капацитивния филтър в веригата на мостовия токоизправител, където ΔUc е променливият компонент на напрежението в кондензатора, U0 е постоянният компонент.

Фигура: 4.6. Форма на вълната на напрежение през капацитивен филтър през съпротивление на натоварване.

Коефициентът на пулсации във верига с филтър се определя по формула (4.4) при максимална стойност ΔUc.

. (4.4)

Устройства и оборудване:

Универсална преносима стойка

Изследваните вериги са показани на фиг. 4.7а и фиг. 4.7б

На Фигура 4.7апоказва изследваната схема на полувълнов токоизправител (зона 2), а на фиг. 4.7б - схема на еднофазен мостов токоизправител (зона 3).

Фигура: 4.7. Схеми на изследваните вериги.

Работна поръчка

Включете стойката. Свържете милиамперметъра към гнездата I, волтметъра към Uoutzone 2. Чрез промяна на съпротивлението на натоварване R1, измерете стойността на изходното напрежение и тока на натоварване. Запишете получените данни в таблица 4.1.